一种改善电池低温性能的电解液添加剂及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池，具体涉及一种改善电池低温性能的电解液添加剂及其制备方法。

背景技术：

1、锂电池是一种二次电池(可充电电池)，其主要依靠锂离子(li+)在正极和负极之间移动来工作。在锂电池充电过程中，li+从正极脱嵌，经由电解质嵌入负极，使得负极处于富锂状态，实现电能至化学能的转化，而放电过程则正好相反。

2、锂电池由于具有较高的工作电压、能量密度高、环境友好等优点，在3c消费电池、动力电池和储能电池等方面均有广泛的应用，例如，当前锂电池已然充分应用于手机等移动通讯设备、5g基站、二三轮电瓶车、船舶、乘用车、客车、大型储能电站等领域，并且在航空航天、国防军工等领域也有广阔的应用前景。然而，某些领域对锂电池的性能要求比较苛刻，如体现在高低温性能、循环性能和安全性能上，而电解液是决定这些性能的关键因素之一。因为，在锂电池中，电解液是唯一与正极、负极、隔膜都相接触的材料，其对电池的比容量、工作温度范围、循环效率及安全性能等都起着至关重要的作用。

3、目前商业化的锂电池大多采用石墨、中间相碳微球(mcmb)等碳材料或者氧化硅等硅材料作为电池负极，以licoo2、limn2o4、ncm、nca、lifepo4等材料作为电池正极，然后在正负极之间插入多孔聚乙烯pe、聚丙烯pp等材料制成的隔膜，最后灌注包含非水有机溶剂和电解质锂盐的混合溶液作为电解液来完成锂电池的制造。其中，商用电解液的电解质锂盐大部分采用六氟磷酸锂(lipf6)，但是其在高温下不稳定，一般在达到60℃时就会开始分解，产生pf5等物质，这些物质会破坏负极sei膜并影响正极活性材料，因此极大地制约了电池的高温性能。另外，在低温条件(如-20℃)下，锂电池放电能力下降，放电量甚至不到常温放电量的70％，也制约了锂电池低温下的性能发挥。

4、公开号cn108511800a专利公开了一种低温电解液，通过常规锂盐与成膜添加剂组合，在-40℃超低温条件下仍然具有较高的离子电导率，并且所述添加剂在负极表面成膜能够形成低阻抗的稳定sei膜，有利于低温条件下锂离子的快速嵌入和脱出。虽然在一般性的低温环境条件下电池性能有所改善，但在-60℃超低温条件下仍然解决不了锂盐电导率低的问题，因此开发新型的超低温的锂盐电解液对扩宽锂离子电池的应用范围，提高极端条件下应用价值有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种改善电池低温性能的电解液添加剂及其制备方法，旨在解决所述背景技术中存在的问题。

2、为实现所述目的，本发明采用的技术方案是：一种改善电池低温性能的电解液添加剂，该电解液添加剂包括无水有机溶剂、锂盐以及电解质；所述无水有机溶剂包括以下重量份数的组分：乙基磷酸乙烯酯5-10份、聚乙烯醇5-10份、阴离子表面活性剂0.05-0.10份、多巴胺0.5-1份、氟代碳酸乙烯酯1-3份、乙二醇5-10份、五硼酸铵5-10份、三氟代碳酸丙烯酯5-10份、二甘醇5-10份、十二双酸铵2-4份、次亚磷酸铵2-4份、邻硝基茴香醚2-4份、琉基苯并噻唑2-4份、柠檬酸2-4份、磷酸二氢铵2-4份、去离子水30-40份；

3、所述锂盐20-30份；

4、所述电解质10-20份。

5、进一步地，所述锂盐为稳定锂盐可以将水相分离后进行纯化，得到所述稳定锂盐后续使用到锂离子电池中，所述稳定锂盐包括liso3cf3和ltfsi，所述锂盐为对水敏感的锂盐可以将水相分离后加入氢氧化锂在180℃下加热24h后取出，静置冷却后分离出沉淀，并使用去离子水清洗三次后进行烘干。

6、进一步地，所述锂盐的浓度为1mol/l-1.5mol/l。

7、进一步地，所述电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种。

8、进一步地，所述电解液添加剂中所述电解质的用量为电解液总质量的1％-5％。

9、进一步地，所述电解液添加剂中，所述无水有机溶剂占高压电解液总质量的75％-85％。

10、进一步地，所述电解液添加剂中所述锂盐的用量为电解液总质量的10％-20％。

11、进一步地，一种改善电池低温性能的电解液添加剂的制备方法，包括以下步骤：

12、将电解质中摩尔比为1:(3.0-4.0)的双氰烷氧基卤代硼酸锂和三氟甲磺酸溶于二氯甲烷中，然后向其中加入nahco3饱和溶液，然后加入无水有机溶剂中的乙基磷酸乙烯酯、聚乙烯醇、阴离子表面活性剂、多巴胺、氟代碳酸乙烯酯、乙二醇、五硼酸铵、三氟代碳酸丙烯酯、二甘醇、十二双酸铵、次亚磷酸铵、邻硝基茴香醚、柠檬酸、磷酸二氢铵以及去离子水在0-5℃下搅拌8h-24h，然后加入锂盐再继续搅拌3-5h将得到的混合液，在40℃-50℃旋蒸得到所述电解液添加剂。

13、本发明的有益效果：通过采用上述技术方案，本发明的一种改善电池低温性能的电解液添加剂及其制备方法，本发明所设计的新型电解液添加剂，其含有丰富的吸电子基团，基于此，其具有高的氧化电位(大于4.5v)。本发明所述的含有此种添加剂的电解液具有高的氧化电位，匹配高电压正极材料，可提高锂离子电池的电压，从而达到提高锂离子电池的能量密度的目的，同时该添加剂有助于形成稳定的sei膜，从而能延长电池的循环性能从而大大改善锂离子电池循环性能。

14、本发明中使用的双氰烷氧基卤代硼酸锂可以在负极表面形成低阻抗的稳定sei膜，有利于低温条件下锂离子的快速嵌入和脱出，有效的解决了由于温度过低而导致的负极析锂问题，双氰烷氧基卤代硼酸锂在低温下更容易在溶剂体系中溶解，与溶剂体系具有更好的兼容性，不会因为温度过低而导致锂盐析出，能够保证在-60℃超低温环境下具有较高的离子电导率以及低温放电和循环性能。

技术特征：

1.一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，该电解液添加剂包括无水有机溶剂、锂盐以及电解质；所述无水有机溶剂包括以下重量份数的组分：乙基磷酸乙烯酯5-10份、聚乙烯醇5-10份、阴离子表面活性剂0.05-0.10份、多巴胺0.5-1份、氟代碳酸乙烯酯1-3份、乙二醇5-10份、五硼酸铵5-10份、三氟代碳酸丙烯酯5-10份、二甘醇5-10份、十二双酸铵2-4份、次亚磷酸铵2-4份、邻硝基茴香醚2-4份、琉基苯并噻唑2-4份、柠檬酸2-4份、磷酸二氢铵2-4份、去离子水30-40份；

2.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述锂盐为稳定锂盐可以将水相分离后进行纯化，得到所述稳定锂盐后续使用到锂离子电池中，所述稳定锂盐包括liso3cf3和ltfsi，所述锂盐为对水敏感的锂盐可以将水相分离后加入氢氧化锂在180℃下加热24h后取出，静置冷却后分离出沉淀，并使用去离子水清洗三次后进行烘干。

3.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述锂盐的浓度为1mol/l-1.5mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述电解质为六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、双草酸硼酸锂、双氟草酸硼酸锂、双三氟甲烷基磺酰亚胺锂、双氟磺酰亚胺锂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂中所述电解质的用量为电解液总质量的1％-5％。

6.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂中，所述无水有机溶剂占高压电解液总质量的75％-85％。

7.根据权利要求1所述的一种改善电池低温性能的电解液添加剂，其特征在于，所述电解液添加剂中所述锂盐的用量为电解液总质量的10％-20％。

8.一种改善电池低温性能的电解液添加剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种改善电池低温性能的电解液添加剂，该电解液添加剂包括无水有机溶剂、锂盐以及电解质，无水有机溶剂包括以下重量份数的组分：乙基磷酸乙烯酯、聚乙烯醇、阴离子表面活性剂、多巴胺、氟代碳酸乙烯酯、乙二醇、五硼酸铵、三氟代碳酸丙烯酯、二甘醇、十二双酸铵、次亚磷酸铵、邻硝基茴香醚、琉基苯并噻唑、柠檬酸、磷酸二氢铵、去离子水、锂盐以及电解质，本发明的含有此种添加剂的电解液具有高的氧化电位，匹配高电压正极材料，可提高锂离子电池的电压，从而达到提高锂离子电池的能量密度的目的，本发明中使用的双氰烷氧基卤代硼酸锂可以在负极表面形成低阻抗的稳定SEI膜，有效的解决了由于温度过低而导致的负极析锂问题。技术研发人员：洪加军受保护的技术使用者：贵州云睿电子科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/10